曲げ応力場における構造体コンクリートの耐久性評価および劣化予測システムへの展開

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K06663
• Research Institution: Sendai National College of Technology
• Principal Investigator: 権代 由範 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (00553520)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤田 智己 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (10552458) ; 月永 洋一 八戸工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (60124898)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: コンクリート / 曲げ応力場 / 応力強度比 / 耐久性能 / スケーリング

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、構造体コンクリートに作用する応力と各耐久性（劣化抵抗性）の直接的な関係を実験的に検証し、各構造部材に生じる応力レベルの違いが劣化の進行に及ぼす影響を推定することで、より実環境に即した耐久性評価手法の確立に寄与しようとするものである。本研究課題では、特に、コンクリートに常時作用する曲げ応力を室内試験において再現する簡易システムを作製し、曲げ応力レベルの違いが各種劣化の進行に及ぼす影響の定量化を試みようとするものである。また、繰り返し曲げ応力が作用したコンクリートを対象とする耐久性試験を実施し、各種曲げ応力作用下における劣化進行メカニズムの解明を目指している。
今年度は、これまで改良を繰り返してきた曲げ応力導入治具を用いた耐久性評価試験（表層凍結融解試験、吸水試験に関する再現実験）を行った。その結果、昨年度実施した各耐久性試験における傾向とおおよそ一致する様相は確認できたものの、導入応力の厳密な制御ができていないためなのか、高い再現性は得られなかった。また、曲げ応力場における劣化進行メカニズムを明らかにするため、昨年度の実験で示唆された表層組織の細孔構造の変化や微細ひび割れの発生性状の違いについても評価を行ったものの、こちらも応力強度比（最大応力に対する導入応力の比）による劣化進行速度の違いを裏付ける明確な傾向は得られなかった。本研究では、コンクリート試験体やモルタル試験体を対象に、実構造物に生じる曲げ応力場の試験室レベルでの再現を試みてきたが、コンクリートの体積変化等の影響により、導入応力の制御や保持が容易でないことが分かった。しかし、これまでの実験データの蓄積から、新たな知見が得られるように実験方針の変更も視野に実験計画の見直しを行い、研究の完遂を目指す。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

今年度も交付申請書に記載した研究目的を達成するために検討を進めてきた。しかし、今年度も新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の影響により、当初計画通りの実験全てを行うことができなかった。感染拡大防止の観点から実験動員数を制限せざるを得ず、感染拡大時には実験を中断したケースもあった。コンクリートを対象とする実験は、ほぼ全ての実験において材齢（コンクリートの打ち込みからの日数）や劣化促進期間が評価指標の一つとなる。したがって、実験の中断は信頼性を有する実験データの取得といった観点から実験のやり直しを意味し、研究遂行において大きな痛手となった。
このような状況の中でも、当初実験計画の見直し・調整を行いながら、実施可能な範囲で実験を遂行し、実験数は当初予定の数に及んでいないものの、再現実験によるこれまでの研究成果の検証を行う事ができた。結果は、明確な傾向が得られないというものであったが、実験データの信頼性を検証する上では重要な結果であることに変わりはない。次年度度は、最終年度であるためこれまでの成果を総括するとともに、新たな研究の方向性も視野に入れつつ検討を進めていく。以上より、進捗状況の総合的な評価としては、「やや遅れている」と判断する。

Strategy for Future Research Activity

事業期間の再延長申請が認められた次年度は、これまでに得られた実験データの総括し実験計画の評価・改善を行うとともに、曲げ応力場における劣化進行メカニズムの解明に向けた知見を得るため、これまで数年にわたり実施してきた再現実験や検証実験の継続を行う。また、研究方針の見直しにより、これまで検討してきた常時曲げ応力作用下におけるコンクリートの耐久性に加えて、曲げ疲労を受けたコンクリートの耐久性についても追加で検討を行う。
全般の具体的な実験内容としては、まず、改良を加えてきた曲げ応力導入治具を用いて、曲げ応力場におけるコンクリートの特性（主に、凍結融解抵抗性および吸水性）に関する再現実験を行う。コンクリート試験体に導入する曲げ応力の完全な制御はできていないが、これまでに得た実験データと比較検証することで、大まかな傾向を示すとともに、新たな可能性の模索が可能なのではないかと考えている。同様に、曲げ応力場における劣化進行メカニズムに関する知見を得るために、曲げ応力を導入した状態のコンクリート試験体に対し、表層品質評価（顕微鏡観察および表層透気試験）を行い、その結果から必要に応じて各種追加実験、追加分析を検討する。また、疲労試験に関しては、今年度実施予定で着手できなかった内容であり、具体的には、曲げ疲労試験を実施したコンクリート試験体を対象に耐久性評価試験を実施し、曲げ応力履歴を有するコンクリートの劣化性状を把握するものである。
最終年度となる次年度は、これまでに得られた成果を総括し、報告書の執筆にあたる。

Causes of Carryover

今年度も新型コロナウイルス感染症（COVID-19）による影響が継続しており、研究当初に予定していた実験を全て遂行する事ができなかった（一連の実験は行ったもの、実験動員数の制限等により、規模を縮小して実施した）ため、材料費や消耗品費等の支出が少なかった。加えて、今年度行った実験の全ては、これまでに補助金で購入した実験資材を使用して実施可能な規模に留まり、実質支出額はゼロとなった。
今年度で未使用となった経費については、次年度実施予定のコンクリート実験における試験体作製費や実験遂行のための費用「材料費や加工費、消耗品費」に充当する予定である。また、次年度は、研究方針の見直しにより、曲げ荷重による疲労と耐久性に関する試験の実施を検討しており、その試験を行うために必要となる疲労試験機の治具は、今後新たに作成する必要があるため、その事件治具の作製費に充当する予定である。